(57)【要約】【課題】ボンディングワイヤ４を改善して、該ボンディングワイヤ並びにボンディングワイヤ接続部の耐用年数を公知のボンディングワイヤよりも高める。【解決手段】ボンディングワイヤの断面の輪郭５は、円形並びに長方形と異なる形状を有している。【選択図】図２ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの接触面（６，７）を互いに接続するためのボンディングワイヤにおいて、ボンディングワイヤの断面の輪郭（５）は、円形並びに長方形と異なる形状を有していることを特徴とする、接触面間の接続のためのボンディングワイヤ。
【請求項２】
ボンディングワイヤの断面の輪郭（５）は、正方形に形成されている請求項１に記載のボンディングワイヤ。
【請求項３】
ボンディングワイヤの断面の輪郭（５）は、楕円形に形成されている請求項１に記載のボンディングワイヤ。
【請求項４】
ボンディングワイヤの断面の輪郭（５）は、波形若しくはギザギザに形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のボンディングワイヤ。
【請求項５】
ボンディングワイヤの断面の波形若しくはギザギザに形成された輪郭（５）によって規定された凸部（８）及び凹部（９）は、三角形若しくは方形の形状を有している請求項１から４のいずれか１項に記載のボンディングワイヤ。
【請求項６】
ボンディングワイヤの断面の輪郭（５）は、全周にわたって波形若しくはギザギザに形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載のボンディングワイヤ。
【請求項７】
ボンディングワイヤの断面の輪郭（５）は、該輪郭の一部分で波形若しくはギザギザに形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載のボンディングワイヤ。
【請求項８】
ボンディングワイヤの断面は、円形、若しくは長方形、若しくは正方形、若しくは楕円形の包絡線（１０）を有している請求項４から７のいずれか１項に記載のボンディングワイヤ。
【請求項９】
ボンディングワイヤ（４）の断面の輪郭（５）は、ボンディングワイヤを接触面と接続していない状態ではボンディングワイヤ（４）のあらゆる箇所で一様である請求項１から８のいずれか１項に記載のボンディングワイヤ。
【請求項１０】
２つの接触面（６，７）間のボンディングワイヤ接続部において、両方の接触面（６，７）は、請求項１から９のいずれか１項に記載の少なくとも１つのボンディングワイヤ（４）によって互いに接続されていることを特徴とする、２つの接触面間のボンディング接続部。
【請求項１１】
ボンディングワイヤ（４）はそれぞれ、互いに離間された少なくとも２つの箇所で各接触面（６，７）に結合されている請求項１０に記載のボンディング接続部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの接触面を互いに接続するためのボンディングワイヤ、例えばチップ若しくはチップ部品と導体路若しくはプリント回路とを互いに接続するためのボンディングワイヤ、並びに２つの接触面間のボンディングワイヤによるボンディングワイヤ接続部に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボンディングワイヤは一般的に、プリント基板、集積回路、若しくはプリント回路、フレーム、実装部品若しくはLED等を接続するため、つまり電気的に結合するために用いられる。ボンディングワイヤの主要な使用領域は、論理回路、メモリー回路、アナログ回路並びに高周波技術分野等である。実地においてはもっぱら断面円形のボンディングワイヤや、二種類の長さの辺を有する方形の断面、つまり長方形の断面のボンディングワイヤ（いわゆるテープ形ボンディングワイヤ）が用いられている。マイクロエレクトロニクス分野の部品組み立て及び接続に用いられるボンディングワイヤは、しばしば金や金合金から成っており、またアルミニウムワイヤや銅線も用いられる。部品組み立て及び接続に用いられる断面円形のボンディングワイヤの直径は、最大の電流容量に応じてほぼ２５μｍ乃至５０μｍである。例えばシリコンチップにおいて、外部から見えるピンは前述のボンディングワイヤを介してチップ内部の接触部（パッド）に接続されている。パワーエレクトロニクスの分野においては、１２５μｍ乃至５００μｍの直径のボンディングワイヤが用いられる。ワイヤボンディングにおいては、ウエッジボンディング若しくはボールボンディングを用いている。ウエッジボンディングと異なってボールボンディングにおいては、ボンディングワイヤの端部をアークによって球形に溶融している。さらに、ウエッジボンディングにおけるニードルの代わりに、キャピラリを用いており、ボンディングワイヤは斜めにではなく垂直に供給される。公知のウエッジボンディングのための超音波ボンディング装置は、国際公開第０３／０６８４４５Ａ１号パンフレットに記載してある。さらに複合型のボール・ウエッジ式ボンディング法も用いられる。
【０００３】
公知のボンディングワイヤ及びこれを用いたボンディングワイヤ接続部においては欠点として、ワイヤ足部から、つまりマイクロエレクトロニクス部品若しくは超小型部品との本来の接続部分から残りのワイヤ部分への移行領域にしばしば亀裂若しくは破損が生じている。公知のボンディングワイヤは、温度変化に起因する応力に耐える耐力性並びに耐振動性に対する高い要求を満たし得なくなっている。
【特許文献１】国際公開第０３／０６８４４５Ａ１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、ボンディングワイヤ並びに、ボンディングワイヤによって形成される接続部若しくは結合部を改善して、ボンディングワイヤ並びに接続部若しくは結合部の耐用年数を公知のボンディングワイヤよりも高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明に基づきボンディングワイヤにおいて断面の輪郭は、円形並びに長方形と異なる形状を有している。さらに接触面間のボンディングワイヤ接続部において、両方の接触面若しくは接点は、本発明に基づき円形並びに長方形と異なる断面形状の輪郭を有する少なくとも１つのボンディングワイヤによって互いに接続されている。
【０００６】
本発明の技術思想は、ボンディングワイヤの断面（横断面）を、公知技術のボンディングワイヤの円形の断面及び、相対する辺のみが等しい長さの方形（長方形）の断面と異なって形成することにある。このような新規なボンディングワイヤ幾何学形状により、ボンディングワイヤ接続部の耐用年数（寿命）を著しく増大できるようになっている。ボンディングワイヤを種々の使用のために種々に形成することができる。
【０００７】
本発明に基づくボンディングワイヤの製造のための適切な材料として特にアルミニウムを用いてあり、この場合にアルミニウムワイヤの溶着は短い超音波パルスを用いて行われる。本発明に基づくボンディングワイヤを別の金属若しくは合金から製造することも考えられる。さらに溶着のためのエネルギーとして、超音波の代わりに若しくは超音波に加えて、圧力及び／又は温度を用いることも可能である。
【０００８】
本発明の有利な実施態様では、ボンディングワイヤの断面の輪郭を正方形に形成してある。このようなボンディングワイヤは、パワーエレクトロニクス部品若しくは電力用半導体素子への使用に適しており、それというのは正方形の断面形状に基づき大きな電流容量を有しているからである。
【０００９】
本発明の別の実施態様では、ボンディングワイヤの断面の輪郭を楕円形に形成してある。このようなボンディングワイヤは、極めて高い耐用年数を有している。
【００１０】
本発明のさらに考えられる実施態様では、ボンディングワイヤを一方の端部区分で正方形に形成し、かつ他方の端部区分で楕円形に形成することも可能である。
【００１１】
本発明のさらに有利な実施態様では、ボンディングワイヤの断面の輪郭を波形及び／又はギザギザ（鋸歯状若しくは櫛歯状）に形成してある。この場合に、断面の輪郭を波形でのみ形成することも、また、断面の輪郭をギザギザでのみ形成することも可能であり、或いは断面の輪郭の１つの区分を波形で形成しかつ別の区分をギザギザで形成することも可能である。ボンディングワイヤの断面の波形及び／又はギザギザの輪郭によって、フレキシブルなボンディングワイヤを形成することができるようになっている。この場合に、輪郭の互いに離間して配置された凸部及び凹部の数量及び深さ若しくは高さは、使用例に応じて種々に選ばれるようになっている。本発明の実施態様では、ボンディングワイヤは周面の複数の箇所で、有利には互いに周方向に離間された複数の箇所で、接続すべき構成部品に溶着されている。本発明の有利な実施態様では、ボンディングワイヤは、互いに周方向に離間された少なくとも２つの凸部若しくは隆起部で、接続すべきマイクロエレクトロニクスの部品若しくは素子に溶着されている。これによって、個別の複数のボンディングワイヤを互いに並べて配置する必要がなくなっている。ボンディングワイヤの断面の、波形若しくはギザギザに形成された構造の輪郭によってさらなる利点として、溶着のために必要な超音波パルスは、ボンディングワイヤの断面の輪郭の凹部に基づきボンディングワイヤを通ってボンディングワイヤと接続すべき部品との間に接触面まで進行するようになっている。ボンディングワイヤの断面の輪郭を波形若しくはギザギザに形成してない場合には、特に太いボンディングワイヤにとって超音波パルスの進行は保証され得ない。本発明に基づく前述の構成により、太い、つまり大きな電流に耐え得るボンディングワイヤを製造することができるようになっている。
【００１２】
本発明の有利な実施態様では、ボンディングワイヤの断面の、波形若しくはギザギザに形成された輪郭によって規定若しくは画定された凸部及び／又は凹部は、断面で見て三角形、四角形、若しくは方形に形成されている。この場合に、本発明の１つの実施態様では凸部及び凹部をもっぱら三角形に形成し、若しくは凸部及び凹部をもっぱら方形に形成してよく、また本発明の別の実施態様では凸部及び凹部の一方を三角形に形成し、かつ他方を四角形或いは台形若しくは鋸歯状に形成することもできる。特に有利には、ボンディングワイヤの断面の輪郭は櫛歯形状を有している。
【００１３】
本発明の考えられる実施態様では、ボンディングワイヤの断面の輪郭は、全周にわたって波形及及び／又はギザギザに形成されている。本発明の別の実施態様では、ボンディングワイヤの断面の輪郭の少なくとも１つの区分のみを波形若しくはギザギザに形成し、これによって片側のみを輪郭がギザギザ若しくは波形に形成されたボンディングワイヤを製造することができるようになっている。互いに周方向に離間して配置された凸部若しくは凹部は、すべて同じ形状で形成され、若しくは互いに異なる形状で形成され、及び／又は互いに異なる寸法で形成されていてよい。
【００１４】
ボンディングワイヤの断面のギザギザに若しくは波形に形成された輪郭を設けるだけで既に、ボンディングワイヤの断面の輪郭は円形若しくは方形と異なっている。本発明の更なる実施態様では、ボンディングワイヤの断面若しくは基準断面は、円形、若しくは長方形、若しくは正方形、若しくは楕円形の包絡線によって規定されている。この場合に包絡線は、ボンディングワイヤの幾何学的表面によって規定された仮想の外周輪郭線を意味し、或いは、包絡うねり曲線（ボンディングワイヤの真断面の曲線の山頂又は頂部をなめらかに結んだ線）を意味し、若しくはボンディングワイヤの素材の断面に相応する断面の輪郭線として理解することもできる。凹部は包絡線によって取り囲まれている。
【００１５】
本発明の有利な実施態様では、ボンディングワイヤの断面の輪郭は、ボンディングワイヤの加工若しくは処理されていない状態ではボンディングワイヤの全長にわたって一様になっている。もちろんボンディングワイヤは、接続すべきマイクロエレクトロニクス部品若しくは微小チップや基板の接触面との接続若しくは結合に際して、部分的にボンディングワイヤの接触領域で変形させられる。
【００１６】
２つの接触面間のボンディングワイヤ接続部、特にチップと導体路若しくは基板回路或いはプリント配線との間のボンディングワイヤ接続部において、両方の接触面は、本発明に基づく前述の少なくとも１つのボンディングワイヤによって互いに接続されている。この場合に本発明の有利な実施態様では、ボンディングワイヤは、互いに離間された少なくとも２つの箇所で接触面に結合されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の幾つかの実施例を図面に示してある。図面において、図１は、チップとプリント基板若しくはシステム支持体との間の複数のボンディングワイヤ接続部を示す斜視図であり、図２ａは、断面正方形（正方形断面形状）のボンディングワイヤの概略断面図であり、図２ｂは、２つの接触面間の、図２ａのボンディングワイヤによって形成されたボンディングワイヤ接続部の斜視図であり、図３ａは断面楕円形（楕円形断面形状）のボンディングワイヤの概略断面図であり、図３ｂは、２つの接触面間の、図３ａのボンディングワイヤによって形成されたボンディングワイヤ接続部の斜視図であり、図４は、輪郭を波形に形成された断面形状のボンディングワイヤの概略斜視図であり、図５は、片側をギザギザに形成されて櫛状の断面形状を有するボンディングワイヤの概略斜視図であり、図６は、両側をギザギザに形成された断面形状を有するボンディングワイヤの概略斜視図であり、及び図７は、断面で見て、全周にわたって分配されて放射状に延びる三角形の複数の凸部若しくは突起部を有する構造のボンディングワイヤ、換言すれば星形の断面形状を有するボンディングワイヤの概略断面図である。
【００１８】
図面において、同じ部分若しくは機能の同じ部分には同一の符号を付けてある。図１にはマイクロチップ１を示してあり、マイクロチップのチップ接触面（パッド）２はボンディングワイヤ４を用いて基板接触面３に導電的に接続されている。ボンディングワイヤ４は円形、及び相対する辺のみが互いに等しい四角形、例えば長方形とは異なる断面形状（断面輪郭）を有している。これによって、振動及び温度変化に起因する応力、ひいては特にボンディング過程中の長さ変化に対する安定したフレキシブルなボンディングワイヤ４を成形している。ボンディングワイヤ４は図示の実施例ではアルミニウムから成っていて、超音波パルスを用いてチップ接触面２並びに基板接触面３に溶着されている。溶着のための別のエネルギー並びに、別の材料、例えば銅及び／又はパラジウム及び／又はニッケルから成るボンディングワイヤを用いることも可能である。本発明に基づくボンディングワイヤ４は、有利にはアルミニウムから成っており、それというのはこの種のボンディングワイヤはパワーエレクトロニクス技術で用いるボンディングワイヤとして適しているからである。
【００１９】
図２ａにボンディングワイヤ４の断面を示してある。図２ａに示すボンディングワイヤ４は、公知のリボン状若しくは帯状のボンディングワイヤと異なって４つの等しい辺を有する正方形の輪郭５を成している。図２ｂには、隣接の２つの接触面（接点面）６，７間、例えば２つの基板面間のボンディングワイヤ接続部を示してある。両方の接触面６，７間の接続のために、図２ａに示してある正方形の輪郭５のボンディングワイヤ４を用いてある。接触面６，７との接続（接触）は正方形の輪郭５の辺の１つで行われている。
【００２０】
図３ａに別の実施例のボンディングワイヤ４の断面を示してある。図面から明らかなように、断面は楕円形の輪郭５を有している。図３ｂには、隣接の２つの接触面６，７間、例えばマイクロチップ（微小チップ）とプリント基板との間の、楕円形の断面のボンディングワイヤ４によるボンディングワイヤ接続部を示してある。
【００２１】
図４は、輪郭に周方向で波形を成すボンディングワイヤの斜視図である。ボンディングワイヤの断面の全周にわたって波形を成す輪郭５は、周方向で互いに離間した複数の凸部８及び凹部９を有している。凸部８と凹部９とは周方向で互いに交互に配置されていて、断面で見て円弧状に形成されている。該実施例ではボンディングワイヤ４は、それぞれ２つの凹部９及び３つの凸部８を互いに正確に相対して位置させて配置するように形成されている。図４に示してあるボンディングワイヤ４は、例えば図面で下側に位置するすべての凸部で接触面（図示省略）と接続されるようになっており、これによって接触面とボンディングワイヤ４との間の互いに離間された３つの接点を形成しており、その結果、接続部のフレキシブル性を改善している。凹部９の領域は超音波パルスによって通過されるようになっており、したがってボンディングワイヤ４は全体的に厚く若しくは太く成形できるとともに、超音波パルス溶着法の利用を確実に可能にしている。
【００２２】
図５に示すボンディングワイヤ４は、断面で見てギザギザを付けられて鋸状の輪郭５を有している。方形の包絡線１０に対して、周方向で互いに離間した３つの箇所を内部へ後退させて画定された凹部９を設けてある。これによって、ワイヤの断面の、片側にギザギザの形成された輪郭５を形成してあり、この場合に凸部８及び凹部９は断面で方形に成形されている。図５に示すボンディングワイヤを接触面（接点面）に固定するために、異なる２つの可能性がある。考えられる１つの手段ではボンディングワイヤ４は、図５の図平面で見て下側に位置する面（側面）で、つまり大きな面で電子部品若しくは接触面と溶着される。この場合に周方向で互いに離間して位置する凹部９は、超音波パルスがボンディングワイヤ４を貫通することを容易にしており、それというのは、ボンディングワイヤ４の有効な厚さが凹部の領域で減少されているからである。考えられる別の手段では、図５に示すボンディングワイヤ４は、該ボンディングワイヤの図５の上側に位置する面で接触面に溶着される。この場合には凸部８によって、有利には離間された最大で４つの接点が得られる。このようにして、ボンディングワイヤ４と図示省略の接触面との間の特にフレキシブルな結合部を達成している。
【００２３】
図６に示すボンディングワイヤ４は、図５に示すボンディングワイヤ４と類似して構成されている。両方のボンディングワイヤ４は、方形の包絡面１０を有している。図６に示すボンディングワイヤ４の輪郭５は、相対する２つの側（方形の相対する２の辺）をギザギザに形成されており、この場合に相対する側の各凹部９は、互いに直接に相対して、つまり互いに正確に整合して、換言すればそれぞれ一列を成して位置しており、これによって、超音波パルスがボンディングワイヤ４を貫通することは容易にされており、全体的に太く電流容量の大きなボンディングワイヤ４を達成している。
【００２４】
図７にはボンディングワイヤ４の断面を示してある。断面の輪郭５は、周方向で互いに離間された三角形のギザを放射状に備えて形成され、若しくは星形に形成されている。図７に示してあるボンディングワイヤ４は、円形の包絡線１０を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】チップとプリント基板との間の複数のボンディングワイヤ接続部を示す斜視図
【図２ａ】ボンディングワイヤの実施例の概略断面図
【図２ｂ】２つの接触面間の、図２ａのボンディングワイヤによって形成されたボンディングワイヤ接続部の斜視図
【図３ａ】ボンディングワイヤの別の実施例の断面図
【図３ｂ】２つの接触面間の、図３ａのボンディングワイヤによって形成されたボンディングワイヤ接続部の斜視図
【図４】ボンディングワイヤのさらに別の実施例の斜視図
【図５】ボンディングワイヤのさらに別の実施例の斜視図
【図６】ボンディングワイヤのさらに別の実施例の斜視図
【図７】ボンディングワイヤのさらに別の実施例の断面図
【符号の説明】
【００２６】
１  マイクロチップ、  ２  チップ接触面、  ３  基板接触面、  ４  ボンディングワイヤ、  ５  輪郭、  ６，７  接触面、  ８  凸部、  ９  凹部、  １０  包絡線
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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